Calculator de rezistență la urme PCB: Cum se calculează rezistența la urme și căderea de tensiune

Fiecare urmă de cupru are rezistență, provocând căderi de tensiune și încălzire care pot submina discret un design bun. Un calculator de rezistență a urmei transformă lățimea, grosimea cuprului, lungimea și temperatura în ohmii reali pe care îi adaugă o urme. Acest ghid răspunde la întrebările reale – cum se calculează rezistența urmei PCB, rezistența a 1 g de cupru, cum se reduce – și arată cum Highleap Electronics se asigură că urmele pe care le desenați sunt urmele pe care le construiește.

1. Cum se calculează rezistența la urmele PCB?

Calculați rezistența urmei PCB cu R = ρ × lungime ÷ (lățime × grosime) sau, mai simplu, înmulțiți rezistența foii de cupru cu numărul de pătrate (lungime ÷ lățime). Ambele dau același răspuns - metoda pătratelor este doar mai rapidă. Rezistența ρ este constanta materială a cuprului (aproximativ 1.7 × 10⁻⁸ ohm-metri la temperatura camerei), iar aria secțiunii transversale este lățimea înmulțită cu grosimea cuprului.

Merită să internalizezi scurtătura pentru pătrate: rezistența foii depinde doar de grosimea cuprului, numărul de pătrate este doar lungimea împărțită la lățime, deci:

Rezistența la urme ≈ rezistența la foaie × (lungime ÷ lățime)

De aceea, o pistă lungă și îngustă are o rezistență mare, iar una scurtă și lată are o rezistență mică – și de aceea dublarea greutății cuprului (1 g la 2 g) reduce la jumătate rezistența, deoarece secțiunea transversală se dublează. Prin urmare, greutatea cuprului este o pârghie principală, motiv pentru care proiectele de putere ating un... PCB de cupru greu când rezistența trebuie să se diminueze. O reamintire a cum se comportă urmele PCB face ca restul să fie mai ușor de aplicat.

2. Care este rezistența unei urme de cupru de 1 g?

1 g de cupru are o rezistență laminară de aproximativ 0.5 miliohmi pe pătrat, deci o urmă de zece ori mai lungă decât lățimea (zece pătrate) are aproximativ 5 miliohmi înainte de efectele temperaturii și ale via-urilor. Cuprul mai gros reduce această rezistență proporțional - 2 g de cupru are aproximativ 0.25 miliohmi pe pătrat - deoarece rezistența este invers proporțională cu aria secțiunii transversale.

„Pătratele” reprezintă un raport fără unități (lungimea împărțită la lățime), motiv pentru care același număr de rezistență a foii funcționează pentru orice urmă din acea greutate de cupru. Pentru a obține de la pătrate la ohmi, înmulțiți cu rezistența foii pentru cuprul dvs.; pentru a obține de la ohmi la cădere de tensiune sau căldură, introduceți curentul. Această singură cifră a rezistenței foii, asociată cu numărul de pătrate, este suficientă pentru estimările rapide care determină majoritatea deciziilor de amplasare.

3. Exemplu lucrat: rezistența de urme, căderea de tensiune și puterea

Pentru o pistă de 50 mm lungime și 0.5 mm lățime într-un fir de cupru de 1 g care transportă 2 A, rezistența este de aproximativ 50 miliohmi, căderea de tensiune este de 100 mV, iar puterea disipată este de 0.2 W. Iată calculul complet:

• Pătrate: lungime ÷ lățime = 50 ÷ 0.5 = 100 de pătrate.
• Rezistența: 100 pătrate × ~0.5 mΩ/pătrat ≈ 50 miliohmi.
• Cadere de tensiune: rezistență × curent = 0.050 Ω × 2 A = 0.1 V (100 mV).
• Putere disipată: curent² × rezistență = 2² × 0.050 = 0.2 W de căldură.

Pentru o șină de 3.3 V, o cădere de 100 mV este de aproximativ 3% – adesea acceptabilă, uneori nu. Acum lărgiți traseul la 2 mm: pătratele scad la 25, rezistența la aproximativ 12.5 mΩ, căderea de tensiune la 25 mV. O șină de patru ori mai lată oferă o rezistență de patru ori mai mică – compromisul miezului dezvăluit de un calculator și decizia de luat înainte de finalizarea layout-ului, nu după ce o placă se încălzește. Pentru șinele cu cel mai mare curent, se utilizează circuite dedicate... inginerie de capacitate a curentului din cupru greu menține sub control atât rezistența, cât și temperatura.

4. Se modifică rezistența urmelor în funcție de temperatură și de via-uri?

Da – rezistența cuprului crește cu aproximativ 0.4% pe °C, deci o pistă care se află la 40°C peste temperatura camerei are o rezistență cu aproximativ 16% mai mare decât valoarea sa la rece, iar fiecare fibră de acces din traseu adaugă puțin mai mult. Deoarece această rezistență suplimentară produce și mai multă căldură, temperatura și rezistența se consolidează reciproc pe pistele fierbinți, cu curent mare. Alte îmbunătățiri din lumea reală:

• Toleranță la gravare. Fabricația îngustează ușor fiecare urmă față de ceea ce ai desenat, mărind rezistența; cuprul mai greu lărgește această toleranță.
• Vias. O cale care sare între straturi se acumulează prin rezistență, așa că pentru tranziții de curent mare se utilizează turnări de cupru și cusături prin intermediul pentru a reduce valoarea combinată.
• Placare. Stratul exterior de cupru finisat include placare, astfel încât grosimea reală poate depăși greutatea foliei de bază.

Pentru majoritatea lucrărilor, estimarea pătratelor temperaturii camerei este suficient de apropiată pentru a decide; pentru proiecte de putere sau de detectare strânse, se adaugă temperatura și rezistența via, tratând-o ca parte a valorii generale. Management termic PCB.

5. Cum se reduce rezistența la urmele PCB

Reduceți rezistența traseului prin lărgirea traseului, utilizarea unui cupru mai gros, scurtarea traseului, comutarea rețelelor de alimentare la o turnare sau plan de cupru și paralelizarea viaelor la schimbările de strat. Fiecare pârghie funcționează deoarece rezistența este egală cu rezistența foii înmulțită cu pătratele: lărgiți sau îngroșați pentru a adăuga secțiune transversală, scurtați pentru a tăia pătratele. În ordinea impactului:

• Cupru mai greu – 2 oz sau 3 oz taie rezistența proporțional pe aceeași lățime.
• Urme sau turnări mai largi – un plan este practic un conductor foarte lat și cu rezistență foarte mică.
• Rutare mai scurtă – mai puține pătrate, mai puțină rezistență și cădere.
• Viale paralele – mai multe viae la o tranziție de strat împart rezistența viae.

Acolo unde semnalele sunt rapide, mai degrabă decât de curent ridicat, disciplina aferentă este impedanță controlată mai degrabă decât rezistență – țintă diferită, matematică diferită.

6. Se va menține rezistența după fabricație?

O rezistență calculată este valabilă numai dacă traseul este fabricat la dimensiunile asumate, iar gravarea plus placarea modifică ușor valoarea finală - de obicei puțin, dar suficient cât să conteze într-un buget energetic restrâns sau pe un traseu pe care vă bazați ca valoare precisă. Când lățimea este critică, confirmați intenția de proiectare cu fabricantul.

O pre-construcție verificarea proiectării pentru fabricație confirmă că traseele de alimentare, greutatea cuprului și strategia de conectare sunt realizabile și că geometria finală ajunge acolo unde aveți nevoie de ea. Highleap transportă apoi placa prin fabricație din cupru gros și asamblare, cu opțiuni de cupru gros pentru căi de alimentare cu rezistență redusă și măsurare la primul articol atunci când un design depinde de o rezistență specifică a traseului sau de o cădere de tensiune. Când solicitați prețul, includeți greutatea cuprului, șinele unde căderea de tensiune este critică și orice traseu pe care vă bazați.

Citează-mi placa de alimentare

7. Întrebări frecvente despre rezistența la urme

Cum se calculează rezistența la urmele PCB?

Folosește R = ρ × lungime ÷ (lățime × grosime) sau înmulțește rezistența foii de cupru (aproximativ 0.5 mΩ/pătrat pentru 1 oz) cu numărul de pătrate (lungime ÷ lățime). Ambele dau același rezultat.

Care este rezistența unei urme de cupru de 1 g?

Aproximativ 0.5 miliohmi pe pătrat. O urmă de zece ori mai lungă decât lățimea sa are, prin urmare, aproximativ 5 mΩ în 1 g de cupru, înainte de efectele temperaturii și ale via-urilor.

Rezistența urmelor se modifică în funcție de temperatură?

Da. Rezistența cuprului crește cu aproximativ 0.4% pe °C, așadar o urmă care depășește cu mult temperatura camerei are o rezistență considerabil mai mare decât valoarea sa la rece.

Cum reduc rezistența la urme?

Lărgiți traseul, folosiți cupru mai gros, scurtați calea, folosiți o turnare sau o plană de cupru pentru alimentare și conectați în paralel mai multe fire de contact la tranzițiile de straturi.

Poate Highleap să construiască plăci de alimentare din cupru greu, cu rezistență redusă?

Da. Highleap oferă cupru greu pentru căi de alimentare cu rezistență redusă, prin strategii pentru tranziții de straturi și măsurare la primul articol atunci când un design se bazează pe o rezistență specifică a urmei sau o cădere de tensiune.